Майкл Кордингли - Вирусы. Драйверы эволюции. Друзья или враги?

Однако с самого начала надо отметить одну значительную разницу. Она заключается в огромной сложности хозяина: это организм, кооперативное сообщество клеток. Когда мы обсуждали литические фаги, вирусы, инфицирующие бактерии и простейших, мы принимали в расчет только индивидуальные инфицированные бактериальные клетки. Успешное инфицирование фагом популяции бактериальных клеток начинается с проникновения в единичную клетку и реализуется после высвобождения дочерних фаговых частиц во внешнюю среду, где эти частицы могут беспрепятственно инфицировать других индивидов – другие бактериальные клетки. Эти частицы являются носителями генетической информации фага, отвечающими за передачу информации другим хозяевам. Отдельные, генетически идентичные клетки-хозяева, входящие в популяцию, инфицируются в ходе последовательных, разрастающихся по экспоненциальному закону циклов вирусной репликации до тех пор, пока сохраняется популяция клеток-хозяев. Успешные переходы из клетки в клетку являются важнейшим условием для репликации и распространения вирусов в популяции клеток-хозяев. Фаги бактериальных клеток приняли на вооружение разнообразные стратегии, обеспечивающие успешное размножение штаммов. Вирулентная литическая инфекция приводит к немедленной амплификации генома, в то время как лизогения отсрочивает продуктивную репликацию до более поздней реактивации профага. В каждом случае – я сейчас придерживаюсь данного мною определения вируса – необходимо, чтобы вирус был независимо развивающейся эгоистичной генетической единицей. Квинтэссенция «вирусности» заключается в передаче и инфицировании новых клеток-хозяев. Перед вирусами, инфицирующими многоклеточные организмы, стоит, в принципе, та же нелегкая фундаментальная задача обеспечения выживания – передача в новые клетки. Они должны инфицировать организм, реплицироваться и покинуть клетку с тем, чтобы проникнуть в новые клетки-хозяева. Это грандиозная и уникальная задача: вирусы должны отыскать доступ и сориентироваться в массиве из приблизительно 50 триллионов клеток, которые в сумме составляют наши ткани и органы. Вирусы должны отыскать именно те клетки, в которых могут реплицироваться, а также суметь уцелеть, несмотря на множество линий обороны организма. Позвоночные, например, обладают высокоразвитыми врожденными и адаптивными иммунными системами, призванными защищать организм от проникновения чужеродной генетической информации. И, наконец, вирусы должны иметь способ высвобождения дочерних вирусных частиц для их последующей передачи в другие клетки.

Даже для таких животных, как мы с вами, вирусную инфекцию и заболевания, вызываемые ею, можно свести к фундаментальным единицам, к инфицированию одной, отдельно взятой клетки. Тем не менее вирусы животных должны сделать многое сверх репликации и распространения внутри гетерогенной популяции клеток, составляющих ткани и органы нашего тела. Мало того, вирусы должны репродуцироваться и распространяться внутри популяции организмов, которые удалены друг от друга в пространстве. Различие в проявлениях разных вирусных инфекций представляют собой окно, через которое мы можем наблюдать механизмы и процессы, помогающие вирусам справляться с этими вызовами и успешно преодолевать давление естественного отбора, сохраняя свои штаммы на протяжении веков. Виромы животных состоят из совокупности более или менее патогенных вирусов, которые выработали разнообразные и порой удивительные стратегии в своих взаимоотношениях с хозяином. Отношения вирусов животных и их хозяев столь же разнообразны, как отношения фагов и прокариот, и представляют собой континуум, простирающийся от чистого паразитизма до взаимовыгодного симбиоза. Эти отношения вируса с хозяином являются результатом реципрокного хода эволюции хозяина и патогенного возбудителя, где, как в гонке вооружений, каждая сторона старается наилучшим образом оснастить себя ради выживания. Эволюционная адаптация вирусов дыхательных путей человека дает нам наглядную иллюстрацию развивающегося патогенетического процесса. Вирусы сумели развить у себя способность к успешной репликации и эффективному распространению, что вызывает эпидемические вспышки респираторных инфекций.

Одним ранним осенним вечером родители заметили, что их трехлетняя дочка стала апатичной, вялой и плаксивой. Ближе к ночи у ребенка поднялась температура, на щечках появился нездоровый румянец; родители дали дочери парацетамол. На следующий день лихорадка сохранилась, стала нарастать заложенность носа, выделения непрерывно текли на верхнюю губу; присоединился сухой хриплый кашель, появились свистящие хрипы при дыхании. Озабоченные родители отвезли дочку к педиатру. Диагноз оказался нестрашным, но несколько неопределенным: «Это не грипп, наверное, просто вирус». Совет был таков: «Возвращайтесь домой, не обращайте внимания на кашель, уложите ее в постель и давайте больше жидкости. Если девочке станет хуже, немедленно обращайтесь». Доктор не выписал никаких лекарств. Собственно, их и не существует; нет специфического лечения, так как эту банальную симптоматику может вызвать любой из нескольких десятков вирусов, инфицирующих наши дыхательные пути. Куриный бульон работает не хуже других средств; люди моего поколения привыкли к разнообразным домашним способам. Один из них заключался в горчичных ваннах, призванных «выводить токсины». Это был такой же успешный метод лечения, как и все подобные, а терпкий вяжущий вкус горчицы отнюдь не был противным. Симптомы у девочки продержатся пару дней, а потом ребенок как ни в чем не бывало снова станет веселым и подвижным.

Так протекают почти все острые респираторные инфекции, вызываемые вирусами. Они обычно преходящи и разрешаются сами, очень редко приводя к серьезным осложнениям. Диагноз врача и его неспособность выявить конкретного виновника заболевания удовлетворительны лишь в том отношении, что точный этиологический диагноз был бы абсолютно бесполезен. Врач в этой ситуации не может предложить никакого специфического лечения. Есть совокупность разных вирусов, вызывающих простуду (не говоря о бактериях, которые вызывают сравнительно малую долю заболеваний, похожих на простуду), и в реальной обыденной жизни вас редко порадуют точным этиологическим диагнозом, если ваш ребенок заболеет острым респираторным заболеванием.

Мы все озабочены вирусами, и знакомство с ними мы начнем с исследования самого вездесущего вирусного возбудителя – вируса «простуды». К вирусам, инфицирующим нас и вызывающим симптомы банальной простуды, относят вирусы гриппа (если речь идет об очень легких случаях), вирусы парагриппа, респираторный синцитиальный вирус, метапневмовирусы, вирусы Коксаки, энтеровирусы, аденовирусы, коронавирусы и риновирусы. Тем не менее именно риновирусы вызывают классическую простуду у детей. Риновирус является ее причиной в 70 % случаев вирусной респираторной инфекции, в особенности часто риновирус поражает своих жертв весной и осенью (Jacobs, Lamson, St. George et al., 2013). Успех этого патогена самоочевиден. Но почему он так потрясающе успешен? Он вызывает преходящее острое респираторное заболевание, но наш коллективный опыт учит, что простуда распространяется в домах и школьных классах с колоссальной эффективностью. Какова та стратегия инфицирования и ее отношение к человеку (единственному хозяину риновируса), которые сделали этот вирус нашим вечным и надоедливым спутником?